Nyt system muliggør observationer i realtid af individuelle celler i tyktarmen

Biomedicinske ingeniører ved Duke University har udviklet et system, der muliggør observationer i realtid af individuelle celler i tyktarmen på en levende mus.

Forskere forventer, at proceduren tillader nye undersøgelser af fordøjelsessystemets mikrobiom samt årsagerne til sygdomme som inflammatorisk tarmsygdom og tyktarmskræft og deres behandlinger.

Proceduren beskrevet online den 11. december i Naturkommunikation involverer kirurgisk implantation af et gennemsigtigt vindue i en muses maveskind over tyktarmen. Lignende opsætninger bruges allerede til at tillade levende kig ind i hjernens detaljerede indre virke, rygrad, lever, lunger og andre organer. Billeddannelse af et levende tyktarm, imidlertid, er et slipperier -forslag.

En hjerne bevæger sig ikke meget rundt, men tyktarmen gør, hvilket gør det svært at få detaljerede billeder ned til en enkelt celle. Vi har udviklet et magnetisk system, der er stærkt nok til at stabilisere tyktarmen på plads under billeddannelse for at opnå dette niveau af opløsning, men kan hurtigt slukkes, så tyktarmen kan bevæge sig frit. "

Xiling Shen, Hawkins Family lektor i biomedicinsk teknik ved Duke University

Immobilisering af tyktarmen til billeddannelse er en vanskelig opgave for traditionelle metoder såsom lim eller sømme. I bedste fald kan de forårsage betændelse, der ville ødelægge de fleste forsøg. I værste fald kan de forårsage forhindringer, som hurtigt kan dræbe musen, der studeres.

For at løse dette problem, Shen udviklede en magnetisk enhed, der ligner en lille metal nasal strip og sikkert kan fastgøres til tyktarmen. Et magnetfelt klikker tyktarmen på plads og holder det stabilt under billeddannelse, men en gang slukket, lader tyktarmen fri til at bevæge sig og fungere som normalt.

Et vigtigt organ, der huser meget af fordøjelsessystemets mikrobiom, tyktarmen kan blive ramt af sygdomme såsom inflammatorisk tarmsygdom, funktionelle gastrointestinale lidelser og kræft. Det spiller også en central rolle i reguleringen af ​​immunsystemet, og kan kommunikere direkte med hjernen gennem sakrale nerver.

"Der er et stort behov for bedre at forstå tyktarmen, fordi den kan lide af så mange sygdomme og spiller så mange roller med betydelige sundhedsmæssige konsekvenser, "Sagde Shen. I undersøgelsen, Shen og hans kolleger gennemførte adskillige proof-of-princip-eksperimenter, der giver udgangspunkt for fremtidige forskningsområder.

Forskerne koloniserede først en levende musetarm med E. coli -bakterier, stammer fra patienter med Crohns sygdom, der var blevet mærket med fluorescerende proteiner. Forskerne viste derefter, at de kunne spore migrationen, bakteriens vækst og tilbagegang i mere end tre dage. Denne evne kan hjælpe forskere med at forstå ikke kun, hvordan antagonistiske bakterier påvirker tyktarmen, Shen siger, men de positive roller probiotika kan spille, og hvilke stammer der bedst kan hjælpe mennesker med mave -tarmlidelser.

I det næste forsøg, mus blev opdrættet med flere typer fluorescerende immunceller. Forskerne inducerede derefter betændelse i tyktarmen og fulgte omhyggeligt aktiveringen af ​​disse immunceller. Shen siger, denne tilgang kunne bruges med forskellige typer immunceller og sygdomme for at få en bedre forståelse af, hvordan immunsystemet reagerer på udfordringer.

Shen og hans kolleger viste derefter, at de kunne mærke og spore tyktarmsepitelstamceller forbundet med tyktarmskræft under strålebehandling. De demonstrerede også, at de kunne se nerver i hele tyktarmen reagere på sakral nervestimulering, en ny terapi til behandling af motilitet og immunforstyrrelser såsom funktionelle gastrointestinale lidelser og irritabel tarmlidelse.

"Selvom vi ved, at elektrisk stimulering af sakrale nerver kan lindre symptomerne på disse gastrointestinale lidelser, vi har i øjeblikket ingen idé om hvorfor eller nogen måde at optimere disse behandlinger, "Shen sagde." At være i stand til at se, hvordan tyktarmens neuroner reagerer på forskellige bølgeformer, frekvenser og amplituder af stimulering vil være uvurderlige for at gøre denne tilgang til en bedre mulighed for flere patienter. "

• Immunceller reparerer beskadiget tarm hos børn med IBD
• Ny forskning kan hjælpe med at vejlede fremtidig behandling af ikke-alkoholisk fedtsygdom